Измеритель линейных перемещений

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях. Измеритель линейных перемещений содержит дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC–контур, а также индикатор и генератор. Измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя. Дополнительно введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор, блок сравнения и вычисления. Технический результат: повышение точности измерения перемещения и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения продольного и поперечного перемещений контролируемого объекта. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях.

Известен вихретоковый измеритель перемещений, содержащий вихретоковый датчик, генератор переменного напряжения, к выходу которого через токоограничивающий резистор подключен колебательный контур, в качестве индуктивности которого используется вихретоковый датчик, последовательно соединенные детектор, подключенный к колебательному контуру, и индикатор (см. а.с. СССР №1504492, G01B 7/06, 1988 г. - аналог). Рабочая частота генератора настроена на резонансную частоту колебательного контура, образованного параллельным включением катушки индуктивности вихретокового датчика и входного конденсатора. Приближение металлического объекта к обмотке вихретокового датчика приводит к «расстройке» и увеличению потерь в колебательном контуре и, как следствие, уменьшению переменного напряжения на нем, что и регистрируется индикатором.

Этот однообмоточный измеритель имеет нелинейную характеристику измерения, за счет нелинейно меняющейся от расстояния электромагнитной связи колебательного контура с контролируемым объектом. Кроме того, этот измеритель «не чувствует» перемещения металлического объекта вдоль своей поверхности, когда расстояние (зазор) между ними не меняется.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является измеритель перемещений, содержащий дифференциальный индуктивный датчик, измерительные обмотки которого подключены через первый и второй амплитудные детекторы к соответствующим входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с индикатором. Обмотка возбуждения датчика подключена к выходу генератора возбуждения (см. патент РФ №2196960, G01B 7/00 от 20.01.2003 г).

Дифференциальный индуктивный датчик состоит из прямоугольного корпуса, выполненного из немагнитного металла. С открытой стороны корпуса датчика помещены прямоугольная обмотка возбуждения и две прямоугольные, одинаково выполненные измерительные обмотки, включенные навстречу друг другу. Они расположены симметрично по краям обмотки возбуждения в параллельных плоскостях с ней. Ширина измерительных обмоток примерно равна ширине обмотки возбуждения, а их длина не превышает половины ее длины. Металлический контролируемый объект установлен с возможность перемещения вдоль открытой части датчика и на некотором расстоянии относительно него.

Металлический объект, перемещаясь параллельно плоскости обмотки возбуждения, «возмущает» электромагнитное поле в пределах, охватываемых витками обмотки возбуждения, что приводит к разбалансу электрических сигналов, вырабатываемых измерительными обмотками. Величина разностного сигнала, вырабатываемого встречно включенными измерительными обмотками тем больше, чем больше смещение контролируемого объекта, от середины датчика к его краям. Максимальное перемещение объекта, контролируемое датчиком, определяется разностью между длиной обмотки возбуждения и шириной контролируемого объекта.

После детектирования амплитудными детекторами и усиления дифференциальным усилителем, разностный сигнал регистрируется индикатором.

Данный измеритель линейных перемещений по сравнению с предыдущим устройством имеет больший диапазон измерения и более высокую линейность между перемещением и выходным сигналом датчика за счет перемещения контролируемого объекта вдоль плоскости датчика и за счет дифференциального включения его измерительных обмоток. Однако при изменении (увеличении) расстояния (зазора) между датчиком и контролируемым объектом происходит изменение (ослабление) электромагнитной связи между катушкой возбуждения датчика и объектом, что приводит к изменению (уменьшению) чувствительности датчика и возникновению погрешности измерения линейного перемещения контролируемого объекта, которое не контролируется данным измерителем.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей измерителя за счет измерения зазора между контролируемым объектом и датчиком и учета этого параметра, благодаря чему повышается точность измерения линейного перемещения объекта и появляется возможность оперативного контроля зазора между датчиком и контролируемым объектом.

Поставленная задача решается за счет того, что в измеритель линейных перемещений, содержащий дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC-контур, измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, индикатор и генератор, введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор и блок сравнения и вычисления, первый вход которого подключен к выходу масштабного усилителя, а второй вход блока сравнения и вычисления подключен к выходу дифференциального усилителя, первый выход блока сравнения и вычисления подключен к первому индикатору, а второй выход - к второму индикатору, вход источника тока подключен к выходу генератора, а выход - к параллельно соединенным обмотке возбуждения вихретокового преобразователя и конденсатору и к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к входу масштабного усилителя.

Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. На фиг. 2а и фиг. 2б показана конструкция вихретокового преобразователя 1.

Измеритель линейных перемещений (фиг. 1) содержит дифференциальный вихретоковый преобразователь 1, параллельно обмотке возбуждения 2 которого подключен конденсатор 3, образующий с ней параллельный резонансный LC-контур; измерительные обмотки 4, 5 дифференциального вихретокового преобразователя 1 подключены соответственно к первому 6 и второму 7 выпрямителям, выходы которых соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального усилителя 8, индикатор 9 и генератор 10.

Измеритель линейных перемещений содержит также источник тока 11, амплитудный детектор 12, масштабный усилитель 13, второй индикатор 14 и блок сравнения и вычисления 15, один вход которого подключен к выходу масштабного усилителя 13, а другой вход блока сравнения и вычисления 15 подключен к выходу дифференциального усилителя 8. Один выход блока сравнения и вычисления 15 подключен к первому индикатору 9, а второй выход блока сравнения и вычисления 15 подключен к второму индикатору 14. Вход источника тока 11 подключен к выходу генератора 10, а выход - к параллельному контуру, образованному обмоткой возбуждения 2 вихретокового преобразователя 1 и конденсатором 3, и к входу амплитудного детектора 12, выход которого подключен к входу масштабного усилителя 13.

Дифференциальный вихретоковый преобразователь 1 (фиг. 2) содержит прямоугольный металлический корпус 16. С открытой стороны корпуса 16 расположены прямоугольная обмотка возбуждения 2 и две прямоугольные, одинаково выполненные измерительные обмотки 4, 5, включенные навстречу друг другу. Они расположены симметрично по краям обмотки возбуждения 2 в параллельных плоскостях с ней. Ширина измерительных обмоток 4, 5 не превышает ширины обмотки возбуждения 2, а их длина не превышает половины ее длины. Обмотки 2, 4 и 5 могут быть выполнены, например, печатным способом из нескольких слоев спиральных намоток на диэлектрических подложках, собранных в слоеную таблетку. Причем, если слои намоток обмотки возбуждения будут чередоваться со слоями намоток измерительных обмоток, как это показано в прототипе, то это обеспечит, с одной стороны, максимальное потокосцепление измерительных обмоток 4, 5 с обмоткой возбуждения 2, с другой стороны, одинаковость зазора h между контролируемым объектом 17 и обмотками 2, 4 и 5 вихретокового преобразователя 1 (на фиг. 2 эта конструкция не показана). Такая конструкция позволяет улучшить его метрологические характеристики.

Металлический контролируемый объект 17, которым является измерительное кольцо ротора электрической машины, установлен с возможностью перемещения вдоль открытой части корпуса 16 вихретокового преобразователя 1 и на некотором расстоянии h≈1-3 мм относительно него. Ширина контролируемого объекта 17 (измерительного кольца ротора) обычно равна 20-40 мм.

При настройке измерителя снимается совокупность характеристик, показывающих зависимости напряжений на входах блока сравнения и вычисления 15 от продольного перемещения ±L при различных зазорах h между контролируемым объектом 17 и вихретоковым преобразователем 1, и они записываются в память блока сравнения и вычисления 15, чтобы при измерениях на агрегате внести необходимые поправки и существенно повысить точность измерения перемещения ±L на индикаторе 9 и зазора h индикатором 14.

Устройство работает следующим образом. Генератор 10 вырабатывает высокочастотное синусоидальное напряжение на резонансной частоте контура, образованного параллельным соединением обмотки возбуждения 2 и конденсатором 3, которое подается на него через источник тока 11. Амплитуда тока I11 источника тока 11 установлена равной I11≈Uг/2 Zkmax, где Uг - амплитуда высокочастотного напряжения, вырабатываемого генератором 10, Zkmax - полное сопротивление колебательного контура при зазоре h=hmax, где hmax - максимально возможный зазор, возникающий между вихретоковым преобразователем 1 и контролируемым объектом 17 в процессе работы агрегата.

Если при перемещении контролируемого объекта 17 вдоль вихретокового преобразователя 1 зазор h между ними не меняется, то не меняется электромагнитная связь между обмоткой возбуждения 2 и объектом 17, а следовательно, и потери, вносимые контролируемым объектом 17 в обмотку возбуждения 2, остаются постоянными. Высокочастотное напряжение, поступающее с обмотки возбуждения 2 на амплитудный детектор 12, остается постоянным, поэтому, после детектирования и усиления масштабным усилителем 13, сигнал на втором входе блока сравнения и вычисления 15 и на втором индикаторе 14 остается постоянным и в исходном положении соответствует величине зазора h≈hmax/2.

В то же время металлический объект 17, перемещаясь параллельно плоскости обмотки возбуждения 2, «возмущает» электромагнитное поле, принимаемое измерительными обмотками 4 и 5, что приводит к рассогласованию напряжений U4, U5, вырабатываемых измерительными обмотками 4, 5, а следовательно, и на выходах выпрямителей 6 и 7. В результате на выходе дифференциального усилителя 8 вырабатывается разностное напряжение U8. Величина этого разностного напряжения тем больше, чем больше смещение L контролируемого объекта 17 от середины обмотки возбуждения 2 к ее краям. Максимальное перемещение ±Lmax объекта 17, контролируемое вихретоковым преобразователем 1, определяется разностью между длиной обмотки возбуждения 2 и шириной контролируемого объекта 17.

Разностное напряжение U8 поступает на первый вход блока сравнения и вычисления 15. В исходном состоянии вихретоковый измеритель перемещений устанавливается симметрично относительно контролируемого объекта 17, что обеспечивает нулевую разность напряжений U8=0, а следовательно, и показаний индикатора перемещения 9. При увеличении зазора h электромагнитная связь между обмоткой возбуждения 2 и объектом 17 уменьшается, что приводит к увеличению полного сопротивления Zk колебательного контура и, следовательно, к увеличению падения высокочастотного напряжения на обмотке возбуждения 2. Это приводит, с одной стороны, к увеличению напряжений U4 и U5 на измерительных обмотках 4, 5, а следовательно, и их разности ΔU45 и на первом входе блока сравнения и вычисления 15, который корректирует и сохраняет неизменными показания индикатора перемещения 9, с другой стороны, к увеличению сигнала на выходе амплитудного детектора 12, а следовательно, и на втором входе блока сравнения и вычисления 15, и соответствующему увеличению показаний индикатора зазора 14.

Введение и соответствующее подключение новых элементов в измеритель перемещений обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет одновременного измерения продольного L и поперечного h перемещений контролируемого объекта.

Кроме того, сняв, при настройке измерителя, совокупность характеристик, показывающих зависимости напряжений на входах блока сравнения и вычисления 15 от продольного перемещения ±L при различных зазорах h между контролируемым объектом 17 и вихретоковым преобразователем 1, и записав их в память блока сравнения и вычисления 15, можно существенно повысить точность измерения перемещения ±L на индикаторе 9 за счет учета и одновременного измерения зазора h индикатором 14.

Измеритель линейных перемещений, содержащий дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC-контур, измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, индикатор и генератор, отличающийся тем, что дополнительно введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор и блок сравнения и вычисления, первый вход которого подключен к выходу масштабного усилителя, а второй вход блока сравнения и вычисления подключен к выходу дифференциального усилителя, первый выход блока сравнения и вычисления подключен к первому индикатору, а второй выход - к второму индикатору, вход источника тока подключен к выходу генератора, а выход - к параллельно соединенным обмотке возбуждения вихретокового преобразователя и конденсатору и к входу амплитудного детектора, выход которого подключен к входу масштабного усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений и вибраций различных механических узлов и оборудования.

Изобретение относится к общей области осаждения керамических покрытий, создающих термические барьеры, на детали горячей части газовых турбин, таких, например, как турбореактивные двигатели.

Использование: для контроля за трещинами. Сущность изобретения заключается в том, что на расстоянии 10-20 мм от сечения элемента, в котором располагается трещина, наклеивают тензорезисторы справа и слева от трещины на обеих боковых стенках элемента таким образом, чтобы 2-3 тензорезистора располагались по длине трещины перпендикулярно трещине, и 2-3 тензорезистора располагались выше видимой вершины трещины.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в системе управления электрогидравлических и электромеханических приводов летательных аппаратов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерений перемещений элементов конструкции. Сущность: датчик снабжен двумя диэлектрическим основаниями, подвижно соединенными между собой двумя упругими элементами, между которыми вдоль продольных осей оснований на поверхности первого основания расположен первый контактный элемент, выполненный в виде зигзагообразного печатного проводника из материала с высоким удельным сопротивлением, и второй контактный элемент, выполненный в виде токопроводящей упругой пластины, один конец которой жестко закреплен на изоляционной поверхности первого основания со стороны первого конца печатного проводника.

Использование: для изготовления датчиков деформации, силы, давления, перемещения, вибрации. Сущность изобретения заключается в том, что тензорезистор включает диэлектрическую подложку с нанесенной тензочувствительной пленкой из Sm1-xEuxS, где 0,22≤x≤0,5.

Использование: для контроля линейных перемещений. Сущность изобретения заключается в том, что потенциометрический датчик линейных перемещений содержит подвижную каретку с двумя токосъемниками, которая перемещается по двум направляющим под воздействием уплотненного по наружной поверхности штока, соединенного с контролируемым объектом, и корпуса с двумя резистивными элементами, при этом в нем подвижная каретка с двумя токосъемниками связана механически со штоком посредством безлюфтового развязывающего узла, повышающего надежность и позволяющего более точно преобразовать величину линейного перемещения контролируемого объекта в изменение значения сопротивления потенциометрического датчика линейного перемещения с нормализованным усилием страгивания на большем рабочем ходе и с обеспечением защиты от влаги и посторонних частиц.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений. Основная область применения: датчики положения в системах магнитного подвеса ротора.

Группа изобретений относится к измерительной технике. Сущность: определяют значения активной и индуктивной компонент напряжения на обмотке датчика в широком диапазоне частот.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой систему измерения положения и предназначено для определения экстремального положения (xmin, xmax) управляющих стержней ядерной энергетической установки.

Изобретение может быть использовано для определения взаимного положения между двумя объектами, в частности для определения взаимного положения между клапаном и седлом клапана в двигателе внутреннего сгорания. Способ определения взаимного положения между первым корпусом и катушкой осуществляется при помощи узла датчика положения. Узел датчика положения содержит первый корпус, катушку (11), блок управления и цепь (12) датчика. Первый корпус является взаимно перемещаемым в осевом направлении относительно катушки (11). Цепь (12) датчика содержит компаратор (15), соединенный с первым ответвлением, содержащим катушку (11), выключатель (16) питания и эталонное сопротивление (18), соединенные последовательно друг с другом. Компаратор (15) выполнен с возможностью получения и сравнения мгновенного измерительного напряжения через эталонное сопротивление (18) и мгновенного опорного напряжения, генерирования изменения состояния цифрового выходного сигнала на основе взаимного соотношения между измерительным напряжением и опорным напряжением. Способ заключается в том, что посылают восходящую ветвь импульса цифрового входного сигнала от блока управления к выключателю (16) питания для создания изменения состояния выключателя (16) питания от разомкнутого к замкнутому. В блоке управления обнаруживают первое изменение состояния выходного сигнала от компаратора (15). Определяют взаимное положение между первым корпусом (10) и катушкой (11) на основе временной задержки между восходящей ветвью импульса входного сигнала и первым изменением состояния выходного сигнала. Способ может заключаться и в том, что в блоке управления могут обнаруживать второе изменение состояния выходного сигнала. Могут определять взаимное положение между первым корпусом (10) и катушкой (11) на основе задержки между первым изменением состояния выходного сигнала и вторым изменением состояния выходного сигнала. Раскрыт узел датчика положения. Технический результат заключается в повышении точности определения взаимного положения между двумя объектами и в снижении потребления энергии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых деформаций. Сущность изобретения заключается в том, что в опорной части подставок тензометра размещены магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами. Упругая вставка выполнена в виде нескольких соединенных между собой П-образных элементов, образованных вертикальными несквозными вырезами, направленными встречно, при этом рабочий зазор между подставками выполнен состоящим из нескольких вертикальных несквозных вырезов между П-образными элементами, а суммарная ширина этих вырезов составляет не менее 1/3 измерительной базы тензорезисторов, которые наклеены на верхние поверхности П-образных элементов, а фиксирующий элемент выполнен в виде плоской перемычки, установленной на торцевых поверхностях подставок и закрепленной на них посредством винтов. Технический результат – упрощение и ускорение его монтажа и демонтажа, исключение потери устойчивости тензорезисторов при деформациях сжатия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам проверки работоспособности и настройки внутритрубных инспекционных приборов и может быть использовано для испытаний с целью утверждения типа средства измерений, калибровки и поверки внутритрубных инспекционных приборов на трубопроводном испытательном полигоне. Заявленный метрологический полигон включает в себя испытательный стенд трубопроводного полигона, состоящий из нескольких кольцевых петель разного диаметра, имитирующих участки магистрального трубопровода, и программно-аппаратный комплекс обработки информации, при этом испытательный стенд включает в себя съемные трубные элементы, являющиеся мерами моделей дефектов, причем съемные трубные элементы состоят из участков, которые соединены сварными швами, являющимися маркерами начала и конца каждого участка, при этом участок является зоной измерений и на нем нанесены искусственные дефекты, а съемные трубные элементы выполнены с возможностью определения типа внутритрубного инспекционного прибора как средства измерений, а программно-аппаратный комплекс обработки информации выполнен с возможностью утверждения типа внутритрубного инспекционного прибора как средства измерений и включает в себя блок по поверке и испытаниям внутритрубных инспекционных приборов и блок по калибровке внутритрубных инспекционных приборов. Техническим результатом заявленного изобретения является расширение функциональных возможностей трубопроводного испытательного полигона за счет того, что обеспечены условия для проведения метрологических работ для испытаний с целью утверждения типа средства измерений, калибровки и поверки внутритрубных инспекционных приборов как средства измерения на трубопроводном испытательном полигоне. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерений параметров неравномерных магнитных полей, в частности градиента магнитной индукции или напряженности. Градиентометр напряженности магнитного поля содержит возбуждаемые этим полем два преобразователя, размещенные на базовом между собой расстоянии и вдоль магнитного поля, выходные цепи которых подключены к блоку обработки сигналов, при этом упомянутые преобразователи выполнены в виде параллельно ориентированных полупроводниковых стержневых элементов с двумя торцевыми токовыми контактами каждый, присоединенными к источнику напряжения постоянного тока, и с расположенными на их боковых поверхностях потенциальными электродами, подключенными к блоку обработки сигнала в виде последовательно соединенных блоков вычитания частот и регистрации. Технический результат – повышение чувствительности устройства, улучшение технологичности его изготовления. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях. Измеритель линейных перемещений содержит дифференциальный вихретоковый преобразователь, параллельно обмотке возбуждения которого подключен конденсатор, образующий с обмоткой возбуждения параллельный резонансный LC–контур, а также индикатор и генератор. Измерительные обмотки дифференциального вихретокового преобразователя подключены через первый и второй выпрямители соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя. Дополнительно введены источник тока, амплитудный детектор, масштабный усилитель, второй индикатор, блок сравнения и вычисления. Технический результат: повышение точности измерения перемещения и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения продольного и поперечного перемещений контролируемого объекта. 2 ил.

Наверх